Drie mysterieuze planeten rond ster K2-3: watereworld of gaswereld?
Op zo'n 137 lichtjaar van de aarde draait een ster met drie bijzondere planeten om zich heen. Ze zijn groter dan de aarde, maar kleiner dan Neptunus. Astronomen noemen dit type planeet een sub-Neptunus. Acht jaar lang metingen met een supergevoelige telescoop hebben nu de belangrijkste eigenschappen van deze drie planeten veel scherper in beeld gebracht.
Het systeem heet K2-3 en is voor sterrenkundigen bijzonder interessant. De drie planeten worden steeds kleiner naarmate ze verder van hun ster af staan. Ook liggen de twee buitenste planeten in de zogeheten "leefbare zone": niet te heet en niet te koud, precies de temperatuur waarbij vloeibaar water zou kunnen bestaan. Dat maakt K2-3 een soort natuurlijk laboratorium om te bestuderen hoe kleine, mogelijk bewoonbare planeten ontstaan.
Wiebelende ster, wegende planeten
Je kunt een planeet niet direct wegen. Wetenschappers meten daarom hoe sterk een planeet aan zijn ster trekt met zijn zwaartekracht. Die trekkracht laat de ster heel licht heen en weer wiebelen. Met een instrument genaamd ESPRESSO, gekoppeld aan een telescoop in Chili, kunnen onderzoekers die wiebeling meten tot op minder dan een meter per seconde nauwkeurig. Ter vergelijking: dat is trager dan een wandelend mens.
Voor dit onderzoek combineerde het team acht jaar aan metingen, van ESPRESSO zelf plus drie andere instrumenten (HARPS, HARPS-N en HIRES). Dat leverde de meest precieze gewichten tot nu toe op voor de drie planeten K2-3b, c en d.
De resultaten
Planeet K2-3b weegt 6,61 keer zoveel als de aarde, met een onzekerheidsmarge van 0,47 aardmassa's. Voor deze planeet is de meting nu twee keer zo betrouwbaar als voorheen. K2-3c weegt 2,23 aardmassa's (plus of min 0,68), iets minder dan eerder gedacht. Van de buitenste planeet, K2-3d, is de meting nog wankel: 2,12 aardmassa's met een grote onzekerheid van 1,27. De onderzoekers noemen dit zelf een "marginale detectie", oftewel: net wel of net niet meetbaar.
Als je het gewicht van een planeet combineert met zijn grootte, kun je iets zeggen over waar hij uit bestaat. Voor K2-3b en K2-3c wijzen de cijfers op twee mogelijkheden: een dikke atmosfeer van waterstof en helium, zoals bij Neptunus, of juist een planeet rijk aan vluchtige stoffen zoals water. Bij K2-3d is nog helemaal niet duidelijk welke van de twee het is.
Het onderzoeksteam berekende ook dat de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) dit raadsel waarschijnlijk in één enkele waarneming kan oplossen. Door het licht te bestuderen dat door de atmosfeer van de planeet schijnt tijdens een voorbijgang langs de ster, kan JWST het verschil zien tussen een gaswereld en een waterwereld.
Wat betekent dit (nog) niet: Deze metingen vertellen nog niet definitief waar de planeten uit bestaan. Vooral de gegevens over de buitenste planeet, K2-3d, zijn te onzeker om harde conclusies te trekken. Ook is er nog geen daadwerkelijke JWST-waarneming gedaan: het onderzoek laat alleen zien dat zo'n meting in theorie het verschil kan aantonen.
Toch is dit een belangrijke stap. Preciezere gewichten betekenen dat toekomstige telescopen gerichter kunnen zoeken naar aanwijzingen over de samenstelling van deze verre werelden. Misschien draait er over een paar jaar wel een waterwereld om een verre ster, en weten we het zeker.
Bron: Uncovering temperate worlds: an updated look at the K2-3 system with ESPRESSO